Physik-Nobelpreis 2015 Nobelpreis für Neutrino-Oszillationen

Takaaki Kajita und Arthur McDonald wurden mit dem Nobelpreis für Physik 2015 ausgezeichnet.
Takaaki Kajita und Arthur McDonald wurden mit dem Nobelpreis für Physik 2015 ausgezeichnet.

Der Nobelpreis für Physik geht dieses Jahr an Takaaki Kajita und Arthur McDonald. Beide konnten mit ihren Experimenten die Neutrino-Oszillationen nachweisen. Damit bewiesen sie, dass Neutrinos eine Masse haben müssen.

Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen, die beispielsweise bei radioaktiven Zerfällen oder Kernreaktionen entstehen. Es gibt drei »Flavors« von Neutrinos: Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tauon-Neutrinos. Die verschiedenen Neutrino-Flavors wandeln sich jedoch von selbst ineinander um. Diesen Effekt bezeichnet man als Neutrino-Oszillation.

Laut dem Standardmodell der Teilchenphysik sollten Neutrinos aller Flavors ähnlich wie Photonen keine Masse besitzen. Neutrino-Oszillationen sind aber nur möglich, wenn die Neutrinos eine Masse haben.

Den ersten Hinweis auf die Neutrino-Oszillationen lieferten Experimente in den 1960er Jahren. In diesen Experimenten wurde die Neutrino-Einstrahlung von der Sonne untersucht. Weniger als die Hälfte der tatsächlich erwarteten Neutrinos wurden gemessen. Während man zunächst an der Genauigkeit der Experimente zweifelte, kam man später zu dem Schluss, dass die Neutrinos auf der Reise zur Erde ihren Flavor änderten und daher nicht mehr mit den verwendeten Detektoren registriert werden konnten.

Doch erst spätere Experimente konnten die Neutrino-Oszillationen nachweisen: Takaaki Kajita untersuchte mit seinem Superkamiokande-Experiment Neutrinos aus der Atmosphäre, Arthur McDonald untersuchte solare Neutrinos. Beide konnten in ihren Experimenten Neutrino-Oszillationen beobachten und damit nachweisen, dass Neutrinos eine Masse haben, die zwar sehr klein ist, aber nicht null. Dieses Ergebnis war der erste Kratzer am Standardmodell der Teilchenphysik, das bis dahin über 20 Jahre lang von allen experimentellen Überprüfungen bestätigt worden war.